Question:
Comment réduire l'échauffement du MOSFET dans Buck Converter
Hrishikesh Dixit
2020-04-06 20:13:50 UTC
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J'ai conçu ce convertisseur Buck qui convertit 60VDC en 12VDC à 10A. Switching Freq 100KHz. Problème de chauffage trop important du MOSFET FACING. L'heure de marche et l'heure d'arrêt du MOSFET sont décidées par un circuit basé sur UC3845B.La porte MOSFET est polarisée avec une résistance 2.2R et tire vers le bas de 5.1K existe-t-il un moyen de réduire le chauffage du MOSFET? J'ai augmenté la cote MOSFET à 110A 80V.Auparavant était 75V 75A mais sans succès.

Édition 1: Schéma mis à jour pour une meilleure compréhension.

Edit 2: A déjà essayé cet INFINEON MOSFET.Le chauffage était moindre.

Puis utilisé ce ST MOSFET. Le chauffage était plus à ST MOSFET

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Bonjour, voici une mise à jour, puis-je utiliser le circuit ci-dessous comme bootstrap? ici à la place de l'entrée 5V, je peux utiliser 60V directement ou 12V à partir de la sortie.

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Vous devez montrer comment le lecteur de porte MOSFET fonctionne en tant que circuit et noter qu'un MOSFET à canal N piloté en tant que suiveur de source peut ne pas être très efficace à moins que votre circuit ne saute à travers quelques cercles pour produire une tension de commande de grille suffisante.
Le MOSFET que vous utilisez ne renvoie rien dans une recherche;inclure un lien vers la fiche technique.
Si l'UC384x est référencé à votre GND, il n'est pas étonnant que le MOSFET ne soit pas correctement allumé.Vous devez installer une architecture de bootstrap simple pour ce faire ou utiliser un transformateur.Si vous confirmez que vous n'en avez pas, je vous proposerai un pilote simple que j'ai testé avec succès dans une réponse séparée.
@PeterSmith Veuillez suivre le lien pour MOSFET [lien] (https://www.st.com/resource/en/datasheet/stp110n8f6.pdf)
@Andyaka veuillez vous référer au nouveau schéma du circuit de commande de porte
@VerbalKint Oui, le terrain de mosfet et 3845 est différent
Pourriez-vous utiliser différents symboles de masse pour les ports 4 et 6, et donner aux ports des étiquettes plus descriptives s'il vous plaît?
C'est un adepte de la source.Vous avez besoin d'un pilote de porte latérale haute avec une alimentation bootstrap ou flottante.
AilihdknsrCMT Bien sûr
Sept réponses:
#1
+10
Verbal Kint
2020-04-06 21:46:03 UTC
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S'il est confirmé que le MOSFET a besoin d'un meilleur lecteur, le mieux est de conseiller un circuit approprié.Un simple circuit bootstrap décrit par Monsieur Balogh dans une note d'application TI peut bien faire le travail dans une application sensible aux coûts.Comme indiqué dans certains des commentaires, l'UC384x n'était pas vraiment destiné au lecteur hi-side - à moins que vous ne le fassiez entièrement flotter et que vous attachez sa broche GND à la source MOSFET et alimentez le CI via la sortie buck redressée - mais ce petit circuit lele travail bien:

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Voici le circuit que j'ai testé avec des valeurs de composants:

enter image description here

Ceci est extrait d'un séminaire que j'ai enseigné lors d'un séminaire de l'APEC en 2019.

Et qu'en est-il de l'approvisionnement du CI?Besoin d'un pré-régulateur pour cela.Donc encore plus de pièces ... ce vieux CI bon marché commence à devenir cher.Pas vraiment une bonne approche.
Ce n'est en effet pas la panacée pour un convertisseur abaisseur alimenté à partir d'une source 60 V.C'est cependant une solution possible si vous voulez bricoler avec un dollar et que le seul contrôleur que vous avez sous la main est le bon vieux UC384x.
@VerbalKint Monsieur, oui, dans mon circuit, la même chose est faite que la sortie redressée est donnée comme source d'alimentation à IC
Monsieur, broche VDRV Tension identique à VCC ou VIN, c'est-à-dire que 60VDC fonctionnera?
Le schéma que j'ai fourni suppose que Vcc et Vin sont les mêmes tant que la tension maximale reste inférieure à la valeur nominale maximale du contrôleur qui est de 36 V.Dans votre cas, si vous limitez le Vcc de l'UC à 36 V, alors vous deveztrouver un moyen de bloquer \ $ Q_7 \ $ lorsque le lecteur UC monte et que cela complique le circuit.
Monsieur, l'UC3845B a un zener interne de 36V.Compte tenu de cela, je n'ai fait aucune protection supplémentaire pour Limit Vcc.Ça marchera?utiliser le schéma fourni par vous?
C'est ce que j'ai dit: vous devez alimenter le circuit intégré à partir du rail Vin 60 V et serrer en toute sécurité son Vcc à 32 V par exemple.Son variateur oscille alors entre 0 et 32 V. Si Vin est de 60 V, il faudra penser à une petite interface pour piloter le petit FET \ $ Q_7 \ $ afin que sa source oscille entre 0 et 60 V, d'où le pluscircuit compliqué à penser.
@VerbalKint J'ai ajouté le circuit pour le bootstrap.Pouvez-vous s'il vous plaît vérifier et confirmer si vous pouvez l'utiliser?
@hacktastical pouvez-vous également vérifier le schéma ajouté et me guider?Désolé pour les ennuis à l'avance.
Si vous êtes déterminé à utiliser cette puce, @VerbalKint vous a montré le chemin et ajoutez un régulateur pour établir la tension de l'UC384x.Sa configuration développe la tension bootstrap du flyback de l'inductance - vous n'avez pas besoin d'un transformateur séparé pour faire le bootstrap.Cela dit, je recommande toujours d'utiliser une puce différente ou d'utiliser un commutateur low-side avec une topologie flyback pour laquelle l'UC384x est conçu.
@hacktastical monsieur, j'ai étudié toutes les données fournies par vous et.Mais d'une manière ou d'une autre, en raison des nouveautés en électronique de puissance, je ne suis pas en mesure de comprendre pourquoi la tension à la source sera inférieure et pour le, j'aurai besoin du circuit d'amorçage.Je vous demande donc une faveur, si vous pouviez m'aider avec un document ou un lien qui pourrait clarifier mes concepts de base sur le commutateur côté haut, comme pourquoi la tension porte-source doit être augmentée par le circuit d'amorçage, pourquoi la tension sur la source sera moindre lors de la commutation.Je vous demande de bien vouloir me rendre service en donnant un document ou un lien.Merci.
@VerbalKint monsieur demande à vous s'il vous plaît faites-moi ci-dessus faveur.Merci
@VerbalKint Monsieur, puis-je ajouter un zener 12V ou 15V sur la porte du MOSFET Q7 dans votre circuit?La tension de sortie de 3845B est d'environ 13,5 V pour déclencher la porte du MOSFET.Demandez s'il vous plaît m'aider dans le circuit car je suis nouveau dans ce domaine et j'ai vraiment besoin que cela soit fait.Merci
Probablement si vous ajoutez aussi une résistance entre la grille et la source de \ $ Q_7 \ $ pour forcer la conduction Zener avec quelques mA.
@VerbalKint Monsieur, la masse du circuit de commutation est connectée à la source du MOSFET.Ainsi, en cela, la tension de sortie de IC ou la tension à la porte du MOSFET sera ** Tension à la source + tension de sortie de IC (13,5 V) **?ou ce sera encore 13,5 V seulement?Si j'implémente un circuit bootstrap, la masse sera connectée à la source du MOSFET (comme pour l'UC3845B) ou à la masse d'alimentation principale?
#2
+8
Andy aka
2020-04-06 20:27:09 UTC
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L'heure de marche et l'heure d'arrêt du MOSFET sont décidées par un circuit basé sur l'UC3845B

L'UC3845B a une sortie de type push-pull mais, à moins que cette puce ne soit alimentée par une alimentation de plusieurs volts plus élevée que le rail de 60 volts (comme indiqué dans votre circuit), vous ne piloterez pas efficacement le MOSFET dans votre argentrégulateur.Étant donné que l'UC3845 n'est évalué qu'à un maximum de 36 volts, vous conduisez probablement le MOSFET de manière très, très inefficace et il deviendra très chaud en charge.

La tension de grille doit dépasser la tension d'alimentation principale d'environ 10 volts pour que la source et le drain soient connectés ohmiquement à une valeur faible.C'est un problème avec les configurations MOSFET suiveur de source et le contournement consiste à utiliser une bonne puce de "pilote MOSFET côté haut".

Monsieur, la tension maximale a atteint 72 V car il s'agit d'un EV.3845 a un zener interne de 36V.Quelle devrait être la tension de déclenchement de la porte?
Vous avez maintenant deux circuits dessinés avec des packages différents et les deux ont une connexion à la terre qui semble être à des endroits contradictoires.Si vous voulez de l'aide, vous devrez expliquer pourquoi vous n'avez pas un circuit cohérent (peut également entraîner des erreurs) et, si les deux circuits que vous montrez maintenant sont ce que vous avez toujours eu, quelles formes d'onde vous [email protected]
#3
+7
hacktastical
2020-04-06 21:12:01 UTC
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Je suppose que le N-FET n’est pas complètement activé. Il est polarisé en mode linéaire et présente donc une baisse IR substantielle, qui est émise sous forme de chaleur. Vous ne voulez pas de ça.

À quel point est-ce mauvais? Supposons que le seuil FET Vgs est d'environ 4,5 V. Puis quand c'est allumé:

  • Vd = 60 V
  • Vg = 36V - 2V = 34V (oscillation de sortie limitée UC3845B)
  • Vs = (Vg - Vth) = (34 - 4,5 V) = 29,5 V
  • Vds = (Vd - Vs) = (60 - 29,5 V) = 30,5 V

Si vous tirez, disons, 1A de l'alimentation, que vous dissipez environ 30-35W dans le FET, pic.

Ce qui l'empêche de frire immédiatement, c'est le rapport de pas qui détermine le temps de fonctionnement du FET:

  • Vout / Vin * W = 12/60 * 35W = 7W

Et c'est à seulement 1A. De toute évidence, cela ne fonctionne pas.

Pour y remédier, la porte N-FET doit être amenée au-dessus de 60V, à au moins 65V à 70V, pour s'assurer que le FET est complètement allumé à son Rds le plus bas (activé).

Que se passe-t-il lorsque vous faites cela? Voici la perte de puissance maximale dans le FET:

  • Vd = 60 V, Vg = 65 V
  • Vs = environ 60V (le transistor est complètement allumé)
  • Vds = (Vd - Vs) = 0, ou à proximité

Donc, en théorie, presque aucune puissance n'est perdue dans le FET. En réalité, ce sera:

  • Iout ^ 2 * Rds (activé)
  • 10 ^ 2 * 0,020 ohm = 2 W de crête à une sortie de 10 A

Avec un rapport de progression de 12/60, le FET est activé environ 20% du temps:

  • 2 W * 12/60% = 0,4 W

C'est très gérable pour un TO-220 FET.

Comment faire cela? Vous avez besoin d'un circuit d'amorçage pour générer la tension de commande de grille la plus élevée (environ 5-10 V au-dessus de Vin), et d'un pilote de grille qui accepte cette tension pour créer la porte Vin ci-dessus signal. La tension d'amorçage peut (et est généralement) générée à partir du retour de l'inductance via une diode et un condensateur.

Le problème est que l'UC3845B n'est pas un pilote high-side bootstrap.Il est vraiment conçu pour être un pilote low-side pour une topologie flyback.De plus, il est limité à + 36V.Pour les deux raisons, c'est un mauvais choix pour cette application.

Vous pourriez vous embêter avec la création d'un sélecteur de niveau bootstrap +, mais pourquoi?Sélectionnez plutôt un autre appareil.Exemple: ce contrôleur dcdc d'entrée 75V de TI (bonus: il est synchrone donc votre alimentation sera plus efficace): http://www.ti.com/lit/ds/snvsai4/snvsai4.pdf

ce que j'ai compris, c'est que la tension de déclenchement de la porte est de 4,5 V qui est sortie de 3845B.Pour réduire la chaleur, je dois augmenter la tension de déclenchement de la grille à 60V ou plus.Est-ce correct?Je vous demande de me corriger si je me trompe car je suis nouveau dans ce domaine.Merci pour votre aide.
La porte N-FET doit être au moins 4,5 V au-dessus de la source, et de préférence jusqu'à 10 V pour assurer le Rds (on) le plus bas pour le FET.Cela signifie que vous devez créer une tension d'entraînement de 64,5 à 70 V (4,5 à 10 V au-dessus de Vin.)
Le ST MOSFET que j'utilise a une tension de grille de +/- 20V alors que celui d'INFINEON est de +/- 10V.Est-il acceptable de donner une tension de grille MOSFET supérieure à celle spécifiée dans la fiche technique?Besoin de vos conseils.Merci
En un mot, NON.Vous ne pouvez pas dépasser le maximum Vgs, sinon le FET tombera en panne.La technique bootstrap fait référence à Vin, vous pouvez donc limiter la tension de grille avec une diode Zener ou une autre méthode.Les périphériques avec la génération de bootstrap interne le font pour vous.
** Vd = 60 V Vg = 36V - 2V = 34V (oscillation de sortie limitée UC3845B) Vs = (Vg - Vth) = (34 - 4,5 V) = 29,5 V Vds = (Vd - Vs) = (60 - 29,5 V) = 30,5 V ** Monsieur, excusez-vous à l'avance de vous déranger mais, la fiche technique 3845 indique que la broche de sortie sera à 13,5 V, ce qui signifie que Gate of MOSFET obtiendra 13,5 V.Pouvez-vous s'il vous plaît dire le calcul ci-dessus Vg = 36V-2V = 34V?
Les chiffres de la fiche technique utilisent 15V comme condition de test.
#4
+1
xavier
2020-04-08 10:12:39 UTC
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Les pls réduisent la résistance dans Vin pour maintenir 15 V à travers l'IC UC38xx.La tension de commande de grille minimale requise du MOSFET est de 10 V, sinon elle sera dans la région ohmique et générera de la chaleur et réduira la puissance en raison de la faible contuctance

#5
  0
Michel Keijzers
2020-04-06 20:19:34 UTC
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Vous pouvez vérifier si un dissipateur thermique est nécessaire en calculant (au moins théoriquement), en vérifiant les chiffres dans la fiche technique.

Normalement, ils sont appelés Tj (température de jonction) et tous les chiffres de dissipation thermique associés sont affichés ensemble.

Lisez également https://en.wikipedia.org/wiki/Junction_temperature.

#6
  0
Ray Sin
2020-04-08 06:25:48 UTC
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Puissance de sortie conçue = 12V x 10A = 120W

Haute efficacité, disons 95%, dissipation de la chaleur = 120 W x 5% = 6 W

Vous devez utiliser un grand dissipateur thermique avec ventilateur.

#7
  0
Hrishikesh Dixit
2020-06-07 11:37:01 UTC
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L'échauffement du MOSFET était principalement dû à l'inductance.Inductor Flyback ou Back EMF causait un problème. Comme dit dans Answer by @Verbal Kint monsieur, le sol du 3845B flottait complètement car il était lié à la source du MOSFET. Inductance à noyau PQ 32X20 précédemment utilisée avec un fil de 0,4 mm (ne sait pas les tours).La température était jusqu'à 100 degrés C. Peut-être que logiquement plus de virages pourraient causer plus de Back EMF ou Flyback. Maintenant utilisé un noyau FeSiAl avec un calibre de fil de 1 mm et 14 pas de tours.Non, la température peut atteindre 60 degrés C. Peut-être que l'utilisation d'un circuit d'amorçage ou d'un circuit intégré intégré fera plus d'effet.Mais PCB a été conçu et nécessaire pour résoudre le problème. Merci à tous pour votre aide. Spécialement Verbal kint monsieur et hacktastical monsieur.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 4.0 sous laquelle il est distribué.
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